Лед тронулся:
к строительству малых реакторов

В самом начале COP26 (он планировался на ноябрь 2020 года, но был перенесен из-за пандемии), где 196 стран согласились активизировать борьбу с изменением климата, ни одной ядерной группе не дали места в Зеленой зоне.

Атомная отрасль возмутилась, и Сама Бильбао-и-­Леон, генеральный директор Всемирной ядерной ассоциации, в августе направила открытое письмо президенту COP26 Алоку Шарме с призывом относиться к ядерной энергетике справедливо и обеспечить ее представительство на форуме наряду с другими низкоуглеродными источниками энергии. Затем случилось странное: на официальных мероприятиях, в кулуарах и на брифингах для прессы регулярно обсуждали атомную энергетику.

Призрак энергетического кризиса заставил политиков обратить взоры к более гибким технологиям, сглаживающим прерывистые циклы производства возобновляемой энергии, обеспечивая стабильные и надежные поставки электричества.

Атомная отрасль готова к этому. Практически ежемесячно сообщается о разработках малых модульных реакторов (ММР) нового поколения и о вложениях в эти проекты. Достигнут консенсус по ММР, которые в конечном счете могут стать надежным и безопасным источником безуглеродной энергии — если преодолеют препятствия, связанные с экономикой, безопасностью и общественным мнением. Проблемы для атомной отрасли создают не столько страхи крупных аварий, сколько стоимость и масштаб ядерных проектов. Малые реакторы могут стать решением этих проблем и способствовать развитию отрасли.

Разработки ММР ведутся много лет и в разных странах, но до недавнего времени дело не двигалось дальше презентаций и небольших сумм для оплаты труда разработчиков. Международное агентство по атомной энергии приводит сведения о более чем 70 проектах ММР, но в коммерческой эксплуатации сегодня лишь два 35‑мегаваттных блока российской плавучей атомной теплоэлектростанции «Академик Ломоносов», развернутой в арктическом городе Певек в 2020 году.

После запуска российской ПАТЭС лед тронулся. Китай рассчитывает в 2026 году начать испытания ММР, строящегося рядом с существующей электростанцией на острове Хайнань. Rolls-­Royce Group после получения крупного частно-­государственного финансирования проекта ММР выделила его в дочернее предприятие, где 300 человек работают с регуляторами над получением разрешений и лицензий. Канадская Ontario Power Group 3 декабря решила реализовать проект ММР на новой ядерной площадке в Дарлингтоне и после получения разрешений начнет строительство реактора по проекту BWRX‑300 альянса GE Hitachi. С некоторой долей уверенности можно назвать в этом ряду и первый коммерческий проект ММР в США, запланированный на площадке Национальной лаборатории Айдахо. Он будет состоять из шести блоков, спроектированных компанией NuScale и способных производить в общей сложности 462 МВт. Этим пока исчерпывается список реальных проектов ММР, которые с большой вероятностью будут воплощены «в железе» в ближайшие годы.

Однако, судя по числу контрактов, заключенных в конце года, этот перечень вскоре пополнится.

Китайская изысканность
Китай — одна из немногих стран, строивших в последние годы новые атомные электростанции. Многоцелевой реактор Linglong One, также известный как ACP100, МАГАТЭ одобрило еще в 2016 году. Этот первый в мире наземный ММР был разработан в дополнение к более крупным реакторам поколения III Hualong One мощностью 1170 МВт. Linglong означает «изысканный», «изящный» — такое название исключает отклонение от идеала. Возможно, именно стремлением к идеалу объясняется то, что строительство, первоначально намеченное на 2017 год, корпорация CNNC постоянно откладывала, объясняя задержками со стороны регулирующих органов.

В этом году строительство демонстрационного реактора на острове Хайнань, рядом с действующей АЭС «Чанцзян», наконец началось. Linglong One, реактор с водой под давлением мощностью 125 МВт, назван многоцелевым, так как предназначен для производства электроэнергии, пара, отопления, а также опреснения морской воды. CNNC пояснила, что в рамках проекта будут проверены и испытаны проект, производство компонентов, конструкция и технология. Компания получит бесценный опыт эксплуатации малых реакторов, а отклик рынков и конкурентов позволит понять коммерческие перспективы и изучить будущий рынок ММР, говорится в заявлении.

Владелец проекта Linglong One — CNNC Hainan Nuclear Power Company, дочерняя компания CNNP, которая, в свою очередь, является «дочкой» CNNC. Технология Linglong One принадлежит CNNC, контролирующему акционеру компании. В 12‑м пятилетнем плане КНР проект ACP100 был назван ключевым. Он разработан на основе водо-водяного реактора ACP1000. Конструкция, включающая 57 тепловыделяющих сборок и встроенные парогенераторы, снабжена средствами пассивной безопасности и будет установлена под землей.

Свинцовые новости
У России есть собственный перспективный проект быстрого модульного свинцово-­висмутового реактора — СВБР‑100. Он разрабатывается на паритетной основе государственно-­частной кампанией АО «АКМЭ-инжиниринг», учрежденной в 2009 году Росатомом, и АО «Иркутскэнерго» (входит в En+ Group).

СВБР‑100 — пример удачной конверсии технологии, применявшейся на подводных лодках ВМФ СССР.

У технологии несколько ключевых преимуществ. Во-первых, гораздо более высокий уровень безопасности по сравнению с предыдущими поколениями реакторов, достигнутый за счет физических свой­ств элементов технологии (в первую очередь теплоносителя): минимальная запасенная энергия внутри реактора практически исключает аварии с выходом радиации за пределы станции. Во-вторых, возможность работы в замкнутом топливном цикле, решающая как вопрос топливообеспечения, так и извечную проблему: что делать с ОЯТ? В-третьих, экономическая эффективность, достигаемая благодаря модульной компоновке, меньшему количеству систем безопасности и освоенным технологиям производства. СВБР‑100 — отличный пример безопасной и безотходной ядерной энергетики.

Проект уникален с нескольких точек зрения. Во-первых, для Росатома это пример успешного совместного бизнеса с частным инвестором. Во-вторых, по словам авторов проекта, он не имеет аналогов в мире по уровню проработки.

В течение нескольких лет проект совершенствовался, чтобы соответствовать актуальным требованиям рынка: эксперты работали над оптимизацией экономических показателей, защитой интеллектуальной собственности, доводили до совершенства конструкцию. В начале декабря глава энергетического бизнеса En+ Group Михаил Хардиков сообщил журналистам, что АКМЭ завершила разработку проектной документации малого атомного реактора и готова выйти на сооружение пилотного образца.

В Росатоме, в свою очередь, заявили, что для демонстрационного блока уже выбрана площадка. В ближайших планах — полноценное лицензирование технологии и после получения лицензии на строительство — переход к сооружению. Ведутся консультации с потенциальными зарубежными партнерами по присоединению к проекту.

Еще один «свинцовый» проект перешел с этапа «то ли будет, то ли нет» на стадию «скорее всего, будет». Демонстрационная установка ALFRED мощностью 300 МВт в атомном центре RATEN-ICN недалеко от Питешти (Румыния) рассматривается как прелюдия к промышленной установке мощностью 300−400 МВт. Это реактор со свинцовым охлаждением на смешанном оксидном топливе, который будет работать при температуре около 550 °C. Он оснащен системами пассивной безопасности. Общая стоимость проекта в 2015 году оценивалась примерно в € 1 млрд ($ 1,1 млрд). Концептуальный проект разработан под руководством итальянской Ansaldo Nucleare. ALFRED — это европейский проект, включенный в дорожную карту ESNII (Европейская инициатива по устойчивому промышленному ядерному развитию).

Это только присказка, так как ALFRED требует поддерживающей инфраструктуры для тестирования, а также аттестации компонентов и оборудования, валидации, проверки инструментов / методологий расчета. Инфраструктурные объекты называются ATHENA, ChemLab, ELF, HELENA2, Hands-­ON и Meltin’Pot. Они нужны, чтобы справиться с не решенными пока проблемами технологии свинцового охлаждения, выявить эффекты масштаба, протестировать и продемонстрировать в работе компоненты ALFRED. Первый из этих шести объектов — ATHENA — будет строить консорциум, состоящий из итальянской Ansaldo Nucleare и румынской Reinvent Energy. Об этом говорится в контракте на сумму около € 20 млн: заключенном 23 ноября 2021 года на проектирование, закупку, установку и ввод в эксплуатацию экспериментального исследовательского комплекса. ATHENA — это объект бассейнового типа мощностью 2,21 МВт, вмещающий 880 тонн жидкого свинца в основном резервуаре диаметром 3 метра и высотой 10 метров. Он предназначен для исследований и разработок, а также испытаний и демонстрации главного насоса и теплообменника.

ATHENA станет крупнейшей в Европе лабораторией для исследования технологии свинцовых реакторов. Строительство планируется закончить за два года.

NuScale: маркетинговые успехи
Мы не первый год читаем о том, что министерство энергетики США работает с Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS) и компанией NuScale Power над разработкой электростанции из 12 ММР мощностью 60 МВт каждый. Все модули будут построены из компонентов, изготовленных заводским способом, которые соберут в готовые конструкции на площадке Национальной лаборатории Айдахо, в пустыне к западу от Айдахо-­Фолс. Проект называется CFPP (Carbon Free Power Project). Реактор, разработанный NuScale, назвали JUMP (Joint Use Module Plant). Единичный блок называется NPM — «атомно-­энергетический модуль».

Это первые из двух десятков акронимов, сотворенных пиарщиками NuScale, стремящимися показать публике этапы продвижения проекта по коридорам регулирующих органов и по комнатам для конференций инвесторов. В начале декабря было принято окончательное решение: станции на основе NPM будут называться VOYGR, а цифра — например, 12 — будет обозначать количество модулей, из которых состоит станция.

Мощность блока меняется из года в год: первоначальные 50 МВт превратились в 60, а в ноябре 2020 года — в 77 МВт. Заказчикам также предлагают два решения меньшего размера: четырехмодульную установку мощностью около 308 МВт и шестимодульную мощностью около 462 МВт (VOYGR‑4 и VOYGR‑6).

В последнее время вокруг проекта наметилось оживление, так как в августе 2020 года Международная корпорация финансирования развития (DFC) объявила о снятии запрета на кредитование ядерных проектов на международном уровне. Уже в октябре DFC объявила о подписании письма о намерениях поддержать разработку модулей NuScale мощностью 2,5 ГВт в Южной Африке и, вероятно, поддержит другие заграничные проекты, у которых будут ненулевые шансы на реализацию.

Из стоимости проекта UAMPS ($ 6,1 млрд) 27 инвесторов оплатят $ 4,76, а остальные $ 1,355 млрд профинансирует министерство энергетики США посредством гранта, о котором было объявлено в октябре прошлого года. Общая стоимость проекта, пророчат аналитики, может снизиться примерно на 10%… или вырасти на 30%. Однако гораздо важнее приведенная стоимость проекта за 40 лет, которая, по утверждениям UAMPS, колеблется в районе $ 55 за 1 МВт·ч, а также то, что политические ветры задули в сторону, благоприятную для атомной энергетики.

Комиссия по атомному регулированию США 28 августа 2020 года представила окончательный отчет об оценке безопасности модуля NuScale мощностью 50 МВт (160 МВт (т)) в рамках обзора Этапа 6 — последнего и окончательного этапа рассмотрения заявки NuScale на сертификацию дизайна (DCA). Также Комиссия рассмотрит недавнее повышение мощности в рамках заявки на утверждение стандартной конструкции (SDA), которую NuScale представит в 2022 году. Однако ни SDA, ни DCA не дают разрешения на строительство или эксплуатацию реактора, подчеркивает Комиссия. Полная сертификация, по сути, позволяет разработчику атомной станции только ссылаться на проект при подаче заявки на комбинированную лицензию (COLA) для строительства и эксплуатации станции. Однако вице-президент NewScale по маркетингу и коммуникациям Дайан Хьюз считает, что некоторые общестроительные работы можно вести и до утверждения COLA.

Основной инвестор NuScale Power — инженерно-­строительная компания Fluor Corp., известная крупными проектами в энергетике и нефтегазовой отрасли. В ноябре 2020 года эта компания вошла в альянс с инжиниринговым гигантом Sargent & Lundy, чтобы посредством объединенных маркетинговых и проектных служб участвовать в реализации проекта атомной станции на основе малых реакторов NuScale Power.

В январе 2021 года Fluor и UAMPS подписали ряд крупных соглашений в рамках подготовки к лицензированию проекта CFPP, и в частности, «соглашение о возмещении затрат на разработку для предоставления услуг по оценке, разработке, проектированию и инжинирингу» для CFPP. По этому соглашению NuScale выступает субподрядчиком Fluor. Эта сделка не является реальным заказом на модули NuScale, но, как считает председатель и генеральный директор NuScale Джон Л. Хопкинс, потенциально она может вылиться в первый заказ на силовой модуль уже в 2022 году.

Маркетинговые команды NuScale были замечены в Восточной Европе уже в 2019 году, а в сентябре 2021 года СЕО NuScale Power посетил Польшу. Там он подписал два соглашения, в рамках которых польские энергокомпании изучат возможность замены угольных электростанций реакторами NuScale. Следующий визит в Восточную Европу Д. Хопкинс совершил через пару месяцев: 3 ноября NuScale и Nuclearelectrica (оператор единственной румынской атомной электростанции «Чернавода») подписали на COP26 соглашение о сотрудничестве. Стороны предпримут шаги к развертыванию в Румынии первого VOYGR‑6 мощностью 462 МВт уже в начале 2027 — 2028 году.

Морские реакторы Prodigy?
Три года назад NuScale Power подписала меморандум о взаимопонимании с компанией Prodigy Clean Energy, которая, помимо того что она проектирует морские электростанции с малыми модульными реакторами, сообщает о себе очень мало. Компания специализируется на интеграции энергетических реакторов в конструкции морских стационарных электростанций.

В конце ноября этого года загадка немного прояснилась: речь идет о ПАТЭС с малым реактором NuScale. NuScale Power и Prodigy Clean Energy завершили этапы концептуального проектирования и экономической оценки ядерной электростанции NuScale Power Module (NPM) с морским развертыванием. Она заменит прибрежные станции на угле. ПАТЭС будет состоять из 1−12 силовых модулей NuScale (NPM). Станция, подобно певекской, будет изготовлена на верфи и доставлена морем к месту развертывания, где ее пришвартуют в защищенных и безопасных прибрежных водах. Третий участник проекта — компания Kinectrics, чей опыт в области проектирования, испытаний, инспекций и сертификации незаменим для подготовки технических спецификаций, предложений по нормативной базе для морских энергетических реакторов, а также работы с регуляторами и потенциальными клиентами.

Ontario Power Generation: ставка сделана
Год назад канадская компания Ontario Power Generation (OPG), которой принадлежат АЭС «Пикеринг» и «Дарлингтон», объявила о плане строительства малого модульного реактора в Дарлингтоне. К осени 2021 года игроки атомного рынка делали ставки на три проекта. Фаворитом гонки был интегральный модульный реактор на расплаве солей IMSR400 канадской компании Terrestrial Energy. Вторым — «традиционный» NPM компании NuScale, который пиарщики Terrestrial публично называли устаревшим. Проект кипящего реактора BWRX‑300 альянса GE Hitachi был «темной лошадкой», которую лаконично представили публике лишь год назад.

Ожидание решения OPG было напряженным, так как выбор проекта для реализации потенциально открывает ему доступ к миллиардным рынкам дома и за границей. Много месяцев конкурирующие поставщики трубили о процентах локализации, о партнерстве с канадскими поставщиками и сулили тьму экономических выгод, которую несут их проекты. Когда власти канадской провинции Саскачеван объявили, что полагаются на выбор OPG и рассмотрят возможность строительства реакторов той же конструкции, напряженность ожидания усилилась. В ноябре Terrestrial Energy призвала Онтарио сделать выбор в пользу их проекта, «а не технологии, разработанной за пределами Канады».

Однако в четверг 3 декабря компания объявила, что выбирает BWRX‑300, разработанный альянсом GE Hitachi Nuclear. Выбор иностранного поставщика — для Канады большая новость, ведь до сих пор здесь строили лишь «свои» реакторы CANDU.

Проект малого реактора BWRX‑300 мощностью 300 МВт (э) с водяным охлаждением и пассивными системами безопасности относится к поколению Х водяных кипящих реакторов и разработан на основе проекта большой мощности ESBWR, сертифицированного Комиссией по ядерному регулированию США. Сейчас этот проект проходит предварительную лицензионную проверку конструкции поставщика в Канадской комиссии по ядерной безопасности (VDR).

Особенность BWRX‑300 — естественная циркуляция воды внутри активной зоны, не требующая электрических насосов. Просто и экономично. Проект предусматривает использование в качестве топлива стандартных кассет GNF2, что упростит сертифицирование и не потребует создания новых производств либо перенастройки существующих.

Согласно ориентировочному графику OPG, канадские регуляторы выдадут разрешение на строительство к 2024 году, а разрешение на эксплуатацию — к 2027 году.

IMSR не построят в Дарлингтоне, но…
Вниманию OPG компания Terrestrial Energy предлагала модернизированный проект IMSR400: два интегральных реактора на расплаве солей общей мощностью 390 МВт. Нормированная стоимость энергии каждого реактора, по уверениям разработчиков, сравнима со стоимостью электроэнергии станций на газе. Главное новшество — активная зона, подлежащая полной замене через семь лет эксплуатации. Температура активной зоны IMSR 600 — 700 °C. Топливная смесь состоит из низкообогащенного (2−4%) ²³⁵U в виде UF₄ и соли-носителя из фторидов натрия и рубидия. Охладитель второго контура — смесь фторидов циркония и калия. Во время работы в систему реактора периодически добавляют небольшие партии свежего топлива/соли, причем дозаправка не требует останова. Предусмотрены системы пассивного аварийного охлаждения и отвода тепла. По проекту реакторов должно быть два, чтобы каждые семь лет отключаемый для остывания и удаления активной зоны реактор замещать его «близнецом».

Возможно, отказ OPG строить жидкосолевой реактор не слишком расстроил его создателей. В последние два года отраслевая пресса постоянно сообщала об испытаниях материалов, топлива, компонентов и устройств IMSR в партнерстве с британскими, американскими и канадскими национальными лабораториями и крупными компаниями. К осени 2021 года Terrestrial перешла к заключению контрактов с поставщиками: Westinghouse и Национальной ядерной лабораторией Великобритании — на разработку и поставку топлива для IMSR, с Siemens Energy Canada — на производство и поставку паровых турбин и другого вспомогательного оборудования (трансформаторы, распределительные устройства и системы приводов). Можно лишь гадать, что означают все эти контракты. Возможно, планы развертывания IMSR на площадке Чок-­Ривер по-прежнему на столе.

Модель от Rolls-­Royce
В ноябре 2021 года Rolls-­Royce Group объявила о создании Rolls-­Royce SMR Limited для развертывания и коммерциализации своей технологии SMR. Около 80% Rolls-­Royce SMR принадлежат материнской компании. Объявление было сделано после того, как правительство Великобритании обеспечило грантовое финансирование в размере £210 млн через организацию UK Research and Innovation (часть министерства бизнеса, энергетики и промышленной стратегии). Частные инвестиции в сумме более £250 млн предоставили Rolls-­Royce Group, BNF Resources UK Limited и Exelon Generation Limited.

ММР, которые планирует строить Rolls-­Royce SMR, разрабатывались шесть лет на основе водо-водяных реакторов, которые компания ранее строила для атомных подводных лодок. Их мощность — 470 МВт — превосходит «потолок», предусмотренный классификацией МАГАТЭ для ММР. Это трехконтурные моноблочные реакторы с водой под давлением, обеспечивающие выходную мощность около 470 МВт при мощности 1200−1350 МВт (т) с использованием стандартного топлива с UO₂. Охладитель циркулирует через три центробежных насоса к трем соответствующим вертикальным U-образным парогенераторам. Конструкция включает несколько активных и пассивных систем безопасности с надежным дублированием функций.

Строить британские ММР будет консорциум, в который входят Assystem, Atkins, BAM Nuttall, Jacobs, Laing O’Rourke, Национальная ядерная лаборатория, Центр перспективных ядерных исследований и TWI. Консорциумом руководит Rolls-­Royce. Всего планируется построить 16 реакторов. Первая группа, состоящая из четырех станций, расположится на существующих ядерных площадках по всей Великобритании. Этого пока хватит для замены ядерных мощностей, которые, как ожидается, будут утрачены в этом десятилетии по мере вывода из строя стареющих атомных станций.

18 ноября Rolls-­Royce обратилась к правительству Великобритании за разрешением начать процесс получения одобрения регулирующих органов проекта ММР. Регуляторы проведут оценку общей конструкции. Процесс займет четыре-пять лет. Столько же продлится строительство.

Однако до строительства, то есть в ближайшие 5−10 лет, Rolls-­Royce Group придется одолеть еще два препятствия, первое из которых — выбор трех площадок. Они должны отвечать всем требованиям безопасности, и их придется согласовывать с местными самоуправлениями. Второе препятствие — контракт на разницу от правительства Великобритании, гарантирующий минимальную цену на электроэнергию, вырабатываемую ММР. Если будущие правительства останутся верными поддержке нового атомного строительства, контракт состоится.

Аластер Эванс, один из директоров Rolls-­Royce SMR, считает, что первый ММР этой серии обойдется в £2,3 млрд и может быть введен в эксплуатацию к 2031 году. Разработчики и строители будут стремиться удешевить станции до целевых £1,8 млрд за блок. Это означает, что инвестиции на 1 МВт установленной мощности составят £3830. По сравнению со сметной стоимостью двух реакторов EPR АЭС «Хинкли-­Пойнт С» общей мощностью 3,2 ГВт, которая на 2021 год составляет £23 млрд (в ценах 2015 года), это недорого.

Заметим, что в рамках климатической повестки у Rolls-­Royce SMR большое будущее, так как малые реакторы предполагается развертывать взамен угольных электростанций и на их площадках. Это актуально для таких крупных и платежеспособных экономик, как британская и германская — особенно для последней, в которой растет угольная генерация.

Высокотемпературная Британия?
Недавно британский премьер-­министр Борис Джонсон пообещал, не называя конкретных проектов, финансирование и политическую поддержку разработке малых и усовершенствованных реакторов следующего поколения. Эта поддержка будет оказана в рамках правительственного плана из 10 пунктов по реализации «зеленой промышленной революции». Британия — одна из немногих стран, остающихся приверженными атомной энергетике.

3 декабря правительство Великобритании объявило, что выбрало высокотемпературные газовые реакторы (HTGR) в качестве предпочтительной передовой реакторной технологии для программы поддержки НИОКР по инновационным модульным реакторам. Грег Хэндс, министр бизнеса, энергетики и чистого роста, сообщил об этом на конференции Лондонской ассоциации ядерной промышленности. «Представители сектора обратились к правительству с просьбой указать, что они серьезно относятся к наращиванию ядерных мощностей в Великобритании, — сказал он. — Мы услышали этот призыв и ответили на него». По мнению правительства, предлагаемые установки HTGR меньше по размеру, чем обычные атомные электростанции, более гибкие и могут быть построены за долю стоимости «традиционных» реакторов. Помимо электроэнергии, HTGR будет вырабатывать низкоуглеродный, или «зеленый», водород, а также тепло, которое поможет декарбонизировать металлургию, химическую промышленность, производство цемента, бумаги, стекла и централизованное теплоснабжение. Демонстрационный блок может быть запущен в начале 2030‑х годов.